PCB抗干扰技术设计

米粒 · 发表于 2015-12-5 12:23:15

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PCB抗干扰技术设计
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作者：马宁陈元娣张国安空军雷达学院雷达装备管理与应用工程系

摘要：简要叙述了影响印制板抗干扰性能的几个因素，对这些因素进行了理论分析，提出了印制板制作过程中应采取的措施。1 前言
电磁兼容EMC是指电子系统在规定的电磁环境中按照设计要求能正常工作的能力。电子系统所受的电磁干扰不仅来自电场和磁场的辐射，也有线路公共阻抗、导线间辆合和电路结构的影响。在研制设计电路时，我们也希望设计的印制电路板尽可能不易受外界干扰的影响，而且它本身也尽可能小地干扰影响别的电子系统。影响印制板抗干扰性能的因素很多，其中主要有铜箔的厚度，印制导线的宽度、长度和相邻导线之间的串扰，板内元器件布局的合理性，以及导线的公共阻抗、导线和元器件在空间产生的电磁场等。

设计印制板首要的任务是对电路进行分析，确定关键电路。这就是要识别哪些电路是干扰源，哪些电路是敏感电路，弄清干扰源可能通过什么路径干扰敏感电路。在模拟电路中，低电平模拟电路往往是敏感电路，功率放大器往往是干扰源。工作频率较低时，干扰源主要是通过线间桶合来干扰敏感电路;工作频率较高时，干扰源则主要是通过电磁辐射来干扰敏感电路。在数字电路中，高速重复信号.如时钟信号、总线信号等含有丰富的频率分量，是最大的干扰源，常对敏感电路构成威胁。复位电路、中断电路等是敏感电路，易受尖峰信号干扰，便数字电路不能正常工作。输人/输出电路(1/0)和外界相连，也应该特别注意。如果UO电路紧靠时钟线等干扰源，不需要的高频能量就会辆合到输人输出电线，电线上的噪声则会通过辐射或传导对电缆附近的敏感电路产生干扰。在对电路进行充分分析，确定关键电路的基础上，还必须适当地在印制板上布置电路。如对于数字电路，应该把高速电路(如时钟电路、高速逻辑电路等)、中低速逻辑电路和UO电路布置在不同的区域，尽量在空间上把干扰源和敏感电路分开，这样可以使干扰源对敏感电路辐射干扰大大减小。

2 印制板抗干扰设计
PCB板抗干扰设计的目的是减小PCB板的电磁辐射和PCB板上电路之间的串扰。另外PCB的地线设计还直接影响1/0线缆的共模电压辐射。因此PCB的抗干扰设计对于减小系统电磁信息辐射具有重要的意义。2.1 PCB的布局设计
印制电路板(PCB)的密度越来越高，PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大，所以PCB的布局在设计中处于很重要的地位。

特殊元器件的布局要求:
1、高频元器件之间的连线越短越好，尽量减少相互间的电磁干扰;易受干扰的元器件不能相距太近;输入和输出元件应尽量远离;
2、有些元器件有较高的电位差，应加大它们之间的距离，减小共模辐射。带高电压的元器件的布置要特别注意布局的合理性;
3、热敏元件应远离发热元件;
4、解辆电容应靠近芯片的电源引脚;
5、对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应按要求放在便于调节的位置;
6,应留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。普通元器件的布局要求:
1、按电路的流程放置各个功能电路单元的器件，使信号流通方向尽可能一致;
2、以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局，元器件应均匀、整齐的排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接;
3、在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的干扰，一般电路应尽可能使元器件平行排列，便于布线;
4,P CB 的 outplace一line离电路板边缘一般不小于80mil。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3:2或4:30

2.2 PCB的布线设计
PCB的布线密度越来越大，因此PCB的布线设计尤为重要。
1、四层板电源线层应与地线层尽量靠近以获得最小电源阻抗。从上到下分别为:信号线、地线、电源线、信号线。考虑电磁兼容性，六层板从上到下最好为:信号线、地线、信号线、电源线、地线、信号线;
2、时钟线要与地线层相邻，线宽尽量加大，每根时钟线的线宽应一致:
3、与地线相邻的信号层布高速数字信号线和低电平模拟信号线，较远的层布低速信号线和高电平模拟信号线;
4、输入输出端布线应尽量避免相邻平行，避免发生反馈辆合;
5、印制导线拐弯处一般取135度钝角;
6、电源线、地线的线宽应尽量加大，对于0.5mm脚间距的器件布线宽度不小于12mil;
7、一般数字电路信号线宽度为8.il-10nul，间距6mi1-8mil
8、解辐电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线;
9、混合信号电路板上的数字地和模拟地分割开，若布线跨越了分割间隙，电磁辐射和信号申扰都会急剧增加，产生电磁兼容问题。因此，PCB设计一般采用统一地，通过数字电路和模拟电路分区布局布线;
10、对于一些高速信号可采用差分对布线，减小电磁辐射。3 试验事例

下面列出几个实际事例，说明不同原因带来的干扰及其实际解决办法。

3.1 电源线和地线带来的干扰
上图取自某外协高压控保PCB的部分电路。(a) 为原设计电路。由于电源线和地线的印制导线宽度太细，电路在工作时局受外界干扰;而(b)是经过改进后的电路，其电源线和地线加粗至5mm ，解决了电路的干扰问题。
3.2 元器件布局不合理带来的干扰

上图取自某雷达发射机磁场控保PCB的部分电路。改进后的PCB电路(b)较改进前的PCB电路(a)在抗干扰性能上有很大的改善。
3.3 布线不合理带来的干扰

上图取自某雷达CFA电源控保PCB的部分电路。(a)为原设计电路。由于布线时将高压取样信号线布于闭环取样回路中，使闭环取样电路在工作时易受外界的干扰，造成经常误报过压故障;而(b)是经过改进后的PCB电路，由于避开了高压取样信号线带来的干扰，改进后的PCB电路工作可靠稳定。

4 结语
多层印制板具有独特的抗干扰特性，随着大规模集成电路、超大规模集成电路的不断发展，人们将越来越多地采用多层印制板。在现代电子系统中，随着时钟频率的提高，芯片集成度的增加，PCB设计的合理性和可靠性越来越重要，在设计中还需具体问题具体分析，以获得高质量的PCB设计